利用第一性原理高通量方法寻找 W$_x$N$_1$$_-$$_x$ 的稳定结构

利用密度泛函理论计算，许多研究者预测各种氮化钨化合物 WN$_x$ ($x$ > 1) 将是“超可压缩”或“超硬”的，$i.e.$ 与金刚石一样硬或比金刚石更硬。预测这些化合物具有大的体模量和剪切模量 (> 200 GPa)，并且在弹性和振动上是稳定的。具有如此理想性质的化合物必须在能量上稳定而不分解为其他化合物。只有在确定了 W$_x$N$_1$$_-$$_x$ 线的凸包（连接作为成分函数的最低焓结构）之后，才能发现这种稳定性。无论是在实验上还是计算上，W-N 结构的相图都是不确定的。复杂的范德华力在决定固态 N$_2$ 结构中起着重要作用。这里我们使用高通量计算来绘制 W-N 体系的凸包及其他低能结构。我们发现该体系的基态是 NbO 结构，并且当忽略范德华力时，Wang $et$ $al$. 发现的 WN$_2$ 结构也是稳定的。其他提出的结构则位于 W-N 体系凸包之上。我们展示了密度泛函的选择如何影响曲线形状以及构成凸包的结构。在富氮化合物中，泛函的选择可以极大地改变结构参数和力学行为。使用任何一种泛函，NbO 相的体模量和剪切模量都与那些被声称超可压缩或超硬的 WN$_x$ 化合物相当。